为了克服真空蒸发镀膜法结合力差以及离子注入法注入层浅的问题, 科研人员把薄膜蒸发沉积与离子注入技术结合起来, 研究出了真空蒸发离子束辅助沉积技术[ 5, 6] 。该技术在用蒸发源(电子束) 将元素沉积在基片上的同时, 用离子轰击镀层, 以获得比离子注入层更厚、比蒸发镀膜法附着力更大的高性能致密膜层。因此这种方法有利于增强薄膜的摩擦学性能。本文作者用真空蒸发离子束辅助镀膜的方法制备了DLC薄膜, 测试了其摩擦学性能, 并对DLC 薄膜的表面形貌对其摩擦学行为的影响进行了研究。
碳素的**结构有两种,空间立体结构(金刚石)和平面网状结构(石墨),而两者共存的结构就是DLC,其实DLC的定义是具有非晶质(amorphous)结构的碳素。所以,DLC的定义非常广泛,只要含有碳元素,而且是非晶质结构(没有固定的结构形态),那么它就是DLC,不管里面还掺杂有其它元素什么的,统统都叫DLC。
(5)关键零部件上的应用
DLC膜在许多关键零部件也能发挥其优良的性能,如在制成式斯特林制冷机的活塞上的应用(如图5)利用其低的摩擦系数,降低摩擦力,提高耐磨性,达到无油润滑及使用寿命要求。
在缝纫机配件-旋梭上镀DLC膜(如图6)替代原来的电镀硬铬处理,不但避免了污染环境的问题,而且,明显提高工件表面硬度及耐磨性,使用寿命提高了10倍以上,同时,也因表面膜层摩擦系数降低后,使机器运行过程中产生的噪音变小。
2、摩擦性能
DLC膜不仅具有优异的耐磨性,而且具有很低的摩擦系数,一般低于0.2,是一种优异的表面抗磨损改性膜。DLC的摩擦系数随制备工艺的不同和膜中成分的变化而变化,其摩擦系数可达0.005[13]。掺杂金属元素可能降低其摩擦系数,但加入H能提高润滑作用,环境也对摩擦系数有一定的影响。但总的来说,DLC膜与传统的硬质薄膜(如上述的TiN、TiC、TiAlN等)相比,在摩擦系数方面具有明显优势,这些传统硬质薄膜的摩擦系数都在0.4以上。因此,DLC膜有可能在许多摩擦学领域替代这些传统硬膜。广州有色金属研究院制备的掺金属DLC膜具有良好的抗摩擦磨损性能及低达0.13-0.15的摩擦系数[14]。